[参考译文] LM5109A：BLDC 驱动器故障

Shuli、您好！

感谢您关注 LM5109A 并在设计中考虑 TI 半桥驱动器。 我是一名支持此器件的应用工程师、将致力于帮助解决您的问题。

我看到大家评论说、此新设计基于70W 电机驱动器、可按预期工作、这是一种200W 的设计。 我假设几个设计细节发生了变化、包括使用更大的 MOSFET、并且开关节点 dV/dt 会由于更高的开关电流而增加。

在自举二极管 MMBD4448上、我看到自举串联电阻为100欧姆时、额定电流看起来正常、但在电阻为10欧姆时、额定电流更高的二极管、例如 MUR120、可能是更好的选择。

由于这是一个电机驱动应用、我假设高侧 HO 输出的导通时间可能会很长。 请参阅数据表第11页、了解如何根据 MOSFET 栅极电荷和 IC 静态电流确定自举电容器的大小、以实现最长的预期 HO 导通时间。

放置在 HO 至 HS、HO 至 HB 以及 LO 至 VDD、LO 至 GND 驱动器输出上的肖特基二极管需要具有低 Vf、并且放置在尽可能靠近驱动器引脚的位置、以限制驱动器输出过冲和下冲。 确认您的二极管具有足够的额定值并靠近 IC。 我们建议使用额定电流为1A 的二极管。

我在第1页的示波器图中看到 、在 LO 下降后、HS 和 HB 很快转换为高电平。 您能否确认 LO 范围波形是直接位于 MOSFET VGS 还是驱动器引脚上。 高 dV/dt 可能会导致 MOSFET Vgs 出现正尖峰、而该尖峰不会出现在驱动器输出上。

由于这是一个1A 受限的驱动器、您能否使用各种栅极电阻器值进行实验？ 尝试使用2.2Ohm 等较低的值、以限制开关期间 MOSFET 米勒电荷产生的 Vgs。 此外、请尝试使用10欧姆等较大的值、以查看减少 MOSFET 开关时间是否有助于解决该问题。

为了更好地了解运行情况、您能否提供显示 HO 输出以及 HS、HB 和 LO 的示波器图？

此致、

Richard Herring

您好 Richard、

请参见 HO、HS、HB 和 LO 图。 还包含了驱动器侧和 MOSFET 栅极侧的 HO 信号图。 从故障电路中获取的图。 电机旋转、但您可以听到换向过程中的"断续"。

该电路与原理图中所示完全相同、无需任何修改。

您可以看到 LO 保持低电平、这可能是故障症状的一部分。

您可以看到 HO、HS、HB 下冲绝对超出规格。

谢谢、

Shuli

e2e.ti.com/.../Waveform-2.docx

尊敬的 Jeff：

感谢你的答复。

- VDD 旁路电容器- 2.2uF 和0.1uF (C59和 C1用于第1相)

-我没有检查不同的栅极电阻器值。 如果关键，请告诉我感兴趣的信号。

-"wavform2 (故障电路板)-page1"：我提到了从故障电路获取的图。 电机旋转、但您可以听到换向过程中的"断续"。 因此我相信：Lo 保持低电平、这可能是故障症状的一部分。 正如您在第一个附件"3PH BLDC 故障"–pico 2中看到的、从良好的电路中获取、LO 将按接受的方式切换。 因此、这似乎是与驱动程序故障相关的问题。

-您对"3PH BLDC 故障"的回答是正确的- pico 1。 出于某种原因、自举高侧电源短路几个100ns。 我将确认、当 HO 它断言时、它发生了。 您是否有任何关于如何发生这种情况的建议？

驱动器输出相对于 VSS 的下冲。 如“wavform2 (失败的电路板)-page1”中所示，下冲大约为-10V？

谢谢、

Shuli

您好、舒利、

很抱歉耽误你的回答。 感谢 BP101为我服务！ BP 正确、我们可能会对 FET 进行过驱。 让我尝试解释一下。

3PH BLDC 故障-1在 HO 脉冲关断后、我会看到较长的死区时间和体二极管从 HS 电压导通。 这让我想看看 HO 在脉冲发生时在做什么。 LO 死区时间较长时、为什么不使 HO 死区时间类似？

在 Waveform2上，HO 上的负振铃不应影响驾驶员，因为 HO 在 HS 上运行，并将在关闭期间跟随 HS。 LM5109A 半桥驱动器的高侧驱动输出 HO 受其缓冲器偏置的 HB 和 HS 引脚差分电压额定值的限制。 由于 HO 遵循 HS、因此在故障期间需要 HO-HS 的差分读数、以显示 HO-HS 电压保持在-0.3V 范围内并处于数据表绝对最大值表6.1的规格范围内

HO 关闭时的 HS 负极环可能会通过对自举电容器进行过充以及对 FET 进行过驱动来使 HB-HS 额定值超出规格。 可通过 HB-HS 差分电压读数来查看是否发生这种情况。

电阻值较大时是否会发生更新？

谢谢、

您好 Jeff 和 BP101、

我理解您对 HO 驱动过大的看法 、我将把栅极电阻器替换为33R。 我将更新结果。

BTW-I 使用4R87测试了 MOSFET 外壳温度、发现环境温度差值为+11摄氏度。 这是可以的。 我将用33R 重新测试它。

关于死区时间：正如您所指出的、3PH BLDC 时的图1显示了 HO 脉冲关闭后 HS 电压下的1uS DT。 在随附的文件 Waveform 3 (波形3)图2-3中、您可以看到放大 HO 和 LO 信号以及 DT。

我不理解您的建议。 我认为在 LO 上升到 HO 脉冲关闭之间降低1uS DT 会更好(图2)，您认为它应该更长吗？？

 此外、我发现 电机时间常数与 PWM 频率间的关系。 电机 L/R = 0.0163mH/0.102欧姆= 160u。

由于时间常数应远长于 PWM 周期、因此我已将电机频率从20kHz 更改为40KHz。

正如您在随附的文件 Waveform 3图1中看到的、峰值电流从~10A@20kHz 降至~4.4A@40KHz。

频率更新至40KHz 后、我们驱动电机、电机将在很长一分钟后停止旋转。 我们发现12V 电源平面上的电流消耗很高。 故障是三个驱动程序烧毁。 MOSFET 正常。 显然、我们可以看到以40KHz 驱动电机时的改进、我会考虑使用更高的频率。

正如我写的、我们现在将栅极电阻器替换为33R。

感谢您的支持、

Shuli

e2e.ti.com/.../Waveform-3.docx

您好！

好消息。 电机运行数小时没有问题。

修改：

• Rgate = 33R
• 频率= 40KHz
• DT = 400nS
• VDD = 10V
• 在 Motor_Vin 上添加220uF

由于在当前设计中很难实现添加220uF 和将 VDD 更改为10V、因此我将尝试了解这种必要性。

欢迎提出任何意见和建议。

再次感谢、

Shuli

您好、舒利、

很高兴听到这个消息、尽管上面提到的是指栅极驱动器封装的功耗大于 NFET、但两者同样值得检查。 IC 封装峰值功率耗散图通常有助于在 NFET 正向跨导中将总栅极 QG GtROn/OFF 值最大化到安全工作范围。

我们发现、与之相对的12.5kHz 在具有1.3KW 稳定电机负载@138vdc 的 NFET 上更高效。 表图(+15VB)中的 Infineon NFET 总 QG-98和栅极电阻器- GtROn：(60R)/ GtROff：1A 肖特基+(100R)在并联 GtRon 下运行良好。 栅极驱动器(另一个供应商)可能会在小于10us 的脉冲接地短路时提供/灌入350mA/650mA 电流。 因此、GtRoff = 8R57并联、即使 GtRoff 10R 或(600R/70R = 8R57) GtRoff 值也是如此。 在这种情况下、乘积除以总和、以通过选择 Gton 计算 Gtoff 值、尤其是当(dv/dt)非常高时、在低 NFET BVDss 下、Gton HO 可以通过更高的 GtOn 值减慢、例如低于24V 直流。 GaN 器件在这方面非常出色、不会受到体二极管 TRR 的影响、即使是 Opti MOS3也无法达到这一奇迹。

请回忆一下我们的 RGate 计算结果、大约为灌电流/拉电流1.2A/850MA、没有产生+15VDD 升压开关@1安培峰值的问题。 20kHz 低侧 NFETS Tjmax 会快速上升到60*c 以上、在具有500W 交流发电机负载的情况下、在12.5kHz 时不会上升太多。